(57)【要約】【課題】プロセス中の吸着力の維持と、プロセス後の残留吸着力の低減との間のトレードオフを解決すること。【解決手段】本発明に係る半導体装置の製造方法は、（Ａ）ウエーハ３を静電チャック３０の試料台１に載置する工程と、（Ｂ）試料台１に直流電圧を印加する工程と、（Ｃ）複数のステップにおいてウエーハ３にプラズマ５を照射する工程とを備える。その直流電圧の極性は、複数のステップのステップ間において反転する。【選択図】      図７
2006269556.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（Ａ）ウエーハを静電チャックの試料台に載置する工程と、
（Ｂ）前記試料台に直流電圧を印加する工程と、
（Ｃ）複数のステップにおいて前記ウエーハにプラズマを照射する工程と
を具備し、
前記直流電圧の極性は、前記複数のステップのステップ間において反転する
半導体装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記直流電圧は、前記複数のステップの後、０Ｖに設定される
半導体装置の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の半導体装置の製造方法であって、
更に、（Ｄ）前記静電チャックに温度調節ガスを供給する工程を具備し、
前記温度調節ガスの供給は、前記複数のステップのステップ間において停止する
半導体装置の製造方法。
【請求項４】
載置面部が誘電体によって覆われた試料台に、試料を載置して、前記試料にプラズマを照射するとともに、前記試料台に直流電圧を印加して、前記試料を前記試料台に吸着させて、前記試料をエッチングする半導体装置の製造方法において、
前記プラズマの照射を中断している間に、前記直流電圧の極性を切り替えることを特徴とする
半導体装置の製造方法。
【請求項５】
（ａ）ウエーハを静電チャックの試料台に載置する工程と、
（ｂ）前記試料台に第１の極性の直流電圧を印加しながら、前記ウエーハにプラズマを照射する工程と、
（ｃ）前記（ｂ）工程の後、前記プラズマの照射を停止する工程と、
（ｄ）前記（ｃ）工程の後、前記試料台に前記第１の極性の逆である第２の極性の直流電圧を印加しながら、前記ウエーハにプラズマを照射する工程と
を具備する
半導体装置の製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載の半導体装置の製造方法であって、
更に、
（ｅ）前記（ｄ）工程の後、前記プラズマの照射を停止する工程と、
（ｆ）前記（ｅ）工程の後、前記試料台に前記第１の極性の直流電圧を印加しながら、前記ウエーハにプラズマを照射する工程と
を具備する
半導体装置の製造方法。
【請求項７】
請求項５又は６に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記（ｂ）工程及び前記（ｄ）工程において、第１圧力の温度調節ガスが前記静電チャックに供給され、
前記（ｃ）工程において、第２圧力の温度調節ガスが前記静電チャックに供給され、
前記第２圧力は、前記第１圧力より低い
半導体装置の製造方法。
【請求項８】
請求項５又は６に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記（ｂ）工程において、温度調節ガスが前記静電チャックに供給され、
前記（ｃ）工程において、前記温度調節ガスの供給が停止し、
前記（ｄ）工程において、前記温度調節ガスが前記静電チャックに供給される
半導体装置の製造方法。
【請求項９】
ウエーハを吸着する静電チャックと、
前記ウエーハにプラズマを照射するためのプラズマ発生機構と、
前記静電チャックに直流電圧を供給する電源と、
前記直流電圧を制御する制御装置と
を具備し、
前記プラズマ発生機構は、前記プラズマを複数のステップにおいて発生させ、
前記制御装置は、前記複数のステップのステップ間において前記直流電圧の極性を反転させる
プラズマ処理装置。
【請求項１０】
請求項９に記載のプラズマ処理装置であって、
前記複数のステップは、
第１ステップと、
前記第１ステップの次に行われる第２ステップと、
前記第２ステップの次に行われる第３ステップと
を含み、
前記制御装置は、
前記第１ステップにおいて、前記直流電圧の極性を第１の極性に設定し、
前記第２ステップにおいて、前記直流電圧の極性を前記第１の極性の逆である第２の極性に設定し、
前記第３ステップにおいて、前記直流電圧の極性を前記第１の極性に設定する
プラズマ処理装置。
【請求項１１】
請求項９又は１０に記載のプラズマ処理装置であって、
前記制御装置は、前記複数のステップの後、前記直流電圧を０Ｖに設定する
プラズマ処理装置。
【請求項１２】
請求項９乃至１１のいずれかに記載のプラズマ処理装置であって、
更に、前記静電チャックに温度調節ガスを供給する温度調節機構を具備し、
前記温度調節機構は、
前記複数のステップの各々において、前記温度調節ガスの圧力を第１圧力に設定し、
前記複数のステップのステップ間において、前記温度調節ガスの圧力を前記第１圧力より低い第２圧力に設定する
プラズマ処理装置。
【請求項１３】
請求項９乃至１１のいずれかに記載のプラズマ処理装置であって、
更に、前記静電チャックに温度調節ガスを供給する温度調節機構を具備し、
前記温度調節機構は、
前記複数のステップの各々の終了時に、前記温度調節ガスの供給を停止し、
前記複数のステップの各々の開始時に、前記温度調節ガスの供給を開始する
プラズマ処理装置。
【請求項１４】
請求項９乃至１３のいずれかに記載のプラズマ処理装置であって、
前記静電チャックは、モノポール方式である
プラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造方法に関する。特に、本発明は静電チャックを有するプラズマ処理装置と、そのプラズマ処理装置を用いた半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマを用いて半導体ウエーハを処理するプラズマ処理装置として、ドライエッチング装置やプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置が知られている。ドライエッチングによれば、真空容器内に導入されたガスが高周波電力によって励起され、それによりプラズマが発生する。プラズマから生成されたイオンと被エッチング物（ウエーハ）を反応させることにより、エッチングが行われる。
【０００３】
このようなエッチング処理が行われる際、ウエーハを載置台上に保持することが必要である。ウエーハの保持機構として「静電チャック（ESC: Electrostatic Chuck）」が知られている。静電チャックは、誘電体層によって覆われた試料台を有しており、被吸着物（ウエーハ）は、試料台の誘電体面上に載置される。試料台に直流電圧が印加されると、被吸着物と試料台の表面に正・負の電荷が発生し、両者の間に働く力によって被吸着物が固定される。特許文献１及び特許文献２には、モノポール方式の静電チャックが開示されている。また、特許文献３には、ダイポール方式の静電チャックが開示されている。ドライエッチング装置には、構造のシンプルなモノポール方式の静電チャックが主に用いられている。
【０００４】
図１は、一般的なモノポール方式の静電チャックを有するドライエッチング装置の構成を示す概略図である。このドライエッチング装置によれば、導体からなる試料台１０１が誘電体１０２によって覆われており、その誘電体１０２の表面にウエーハ１０３が載置される。直流電源（ＤＣ電源）１０４が試料台１０１にＤＣ電圧を印加すると、静電チャックは、静電吸着力によりウエーハ１０３を吸着する。プラズマ１０５は、高周波電源１１０からアンテナ１１１に高周波電力を供給することによって生成される。また、高周波電源１０６は、ウエーハ１０３に入射するイオンのエネルギーを制御するために用いられる。このように、静電チャックは、機械的な保持具を使用することなくウエーハ１０３を吸着するため、ウエーハ１０３の全面を均一に処理できる点で優れている。
【０００５】
特許文献１に開示された技術によれば、ウエーハを処理する一回のプロセスの終了時に、上述のＤＣ電圧が０Ｖに設定される。また、特許文献２に開示された技術によれば、ウエーハを処理する一回のプロセス中（処理中）に、静電吸着力が変化するような制御が行われる。
【０００６】
【特許文献１】特開平６−４５２８４号公報
【特許文献２】特開平１０−１６３３０８号公報
【特許文献３】特開平９−２１３７８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
近年、エッチング特性を安定化させる目的で、ウエーハ１０３を処理するあるプロセスと次のプロセスの間に、ウエーハレスクリーニングが実施されるようになってきている。ウエーハレスクリーニングとは、ウエーハが無い状態でプラズマ放電を行い、チャンバをクリーニングする方法である。この場合、ウエーハ１０３が無いため、図１に示された静電チャックの誘電体１０２の表面は、プラズマ１０５の照射を受ける。これに伴って新たな問題が発生するようになった。それは、以下に説明される、吸着力維持と残留吸着低減の間のトレードオフの問題である。
【０００８】
図２は、ウエーハ１０３を処理する一回のプロセスにおけるドライエッチング装置の制御方法を示している。より具体的には、図２は、放電用の高周波電源１１０から供給される高周波電力、ＤＣ電源１０４により試料台１０１に印加されるＤＣ電圧、及びウエーハ１０３に対する吸着力を示している。各グラフにおいて、横軸は時刻を示している。このプロセスは、ウエーハ１０３のエッチングとウエーハレスクリーニングを繰り返した後に行われているものとする。
【０００９】
図２に示されるように、１プロセスにおいて、高周波電力は断続的にＯＮ／ＯＦＦされる。すなわち、プラズマ１０５は断続的にＯＮ／ＯＦＦされる。このプラズマ１０５がＯＮされる一回の操作（期間）は、以下「ステップ」と呼ばれる。つまり、１プロセスは複数のステップ（多段ステップ）を含んでおり、１プロセスにおいて複数回のエッチング（多段エッチング）が行われる。図２に示された例によれば、４ステップのエッチングが行われる。つまり、開始時刻（ｔ＝０）〜時刻Ｔ１（第１ステップ）、時刻Ｔ２〜Ｔ３（第２ステップ）、時刻Ｔ４〜Ｔ５（第３ステップ）、時刻Ｔ６〜Ｔ７（第４ステップ）のそれぞれの期間において、プラズマ１０５がＯＮされ、エッチングが行われる。あるステップと次のステップの間（ステップ間）において高周波電力の供給は停止し、プラズマ１０５はＯＦＦする。
【００１０】
また、静電チャック用のＤＣ電圧は、プロセス開始時（ｔ＝０）に＋１１００Ｖに設定される。そのＤＣ電圧は、上記第１〜第４ステップを含む期間中、一定に保たれる。最終ステップ後の「除電ステップ（時刻Ｔ８〜Ｔ１０）」中の時刻Ｔ９において、ＤＣ電圧が０Ｖに設定される。また、この除電ステップにおいても、プラズマ１０５がＯＮされている。その後、時刻Ｔ１０で高周波電力がＯＦＦされ、ウエーハ１０３が搬送される。
【００１１】
このような制御が行われた場合の、吸着力の時間変化の測定結果が、図２の下段に示されている。プロセス開始時、プラズマとＤＣ電圧がＯＮされた時点では、吸着力はある程度大きい値を示す。しかしながら、その後は、ＤＣ電圧が印加されているにも関わらず、吸着力は徐々に低下していく。プラズマがＯＦＦされ、ステップが切り替えられている間（ステップ間）においても、吸着力は低下し続ける。第４ステップの開始時（ｔ＝Ｔ６）には、吸着力は、プロセスの開始時（ｔ＝０）の吸着力の半分以下まで減少してしまう。つまり、長時間、多段ステップのレシピでは、プロセス後半にウエーハ１０３が剥がれやすくなってしまう。少なくともプロセス中（エッチング中）においては、強い吸着力が維持されるべきである。
【００１２】
図３には、より強い吸着力を得るために、静電チャック用のＤＣ電圧が＋１８００Ｖに設定された例が示されている。図２と同様に、図３には、放電用の高周波電源１１０から供給される高周波電力、ＤＣ電源１０４により試料台１０１に印加されるＤＣ電圧、及びウエーハ１０３に対する吸着力が示されている。また、図３に示された例において、高周波電力の制御及びＤＣ電圧の印加期間は、図２に示された例と同様である。この場合、図２に示された例よりも、吸着力の絶対値は大きくなる。しかしながら、吸着力の減少傾向はやはり現れている。
【００１３】
また、除電ステップ（時刻Ｔ８〜Ｔ１０）に関しては、図２及び図３に示された両例において、吸着力が残留している（残留吸着）。具体的には、ＤＣ電圧がＯＦＦされた除電開始直後（時刻Ｔ９）において、第４ステップにおける吸着力の半分程度の大きな吸着力が残留している。除電終了時（時刻Ｔ１０）においても、吸着力が残留している。ここで、図２と図３との比較から明らかなように、図３における残留吸着力は、図２における残留吸着力より大きい。このような残留吸着力は、プロセス終了時にウエーハ１０３を脱離できない「脱離不良」の原因となる。プロセス終了時に、ウエーハ１０３を静電チャックから速やかに取り外すためには、すなわち、スループットを向上させるためには、残留吸着が可能な限り低減されるべきである。
【００１４】
上述のように、プロセス中（エッチング中）においては、強い吸着力が維持されるべきである。一方、プロセス終了時には、残留吸着が排除されるべきである。ここで、吸着力維持と残留吸着低減のトレードオフの問題が発生する。すなわち、図３に示されたように、吸着力を増大させるためにＤＣ電圧が高く設定されると、プロセス終了時の残留吸着が大きくなる。逆に、図２に示されたように、残留吸着を抑制するためにＤＣ電圧が低く設定されると、プロセス中の吸着力が不足する。プロセス中の吸着力の不足は、剥離によるウエーハ１０３の破損の原因となる。また、残留吸着は、ウエーハ搬送の妨げとなり、スループットの低下を招く。
【００１５】
残留吸着を減らすための方法としては、プロセス終了時に逆電圧を印加する方法がある。しかしながら、この方法では、プロセス中と同じ大きさの逆電圧をプロセス時間と同程度の時間印加する必要がある。そのため、スループットが大幅に低下する問題がある。吸着力維持と残留吸着低減の間のトレードオフの問題を解決することができる技術が望まれている。
【００１６】
本発明の目的は、プロセス中のウエーハに対する吸着力を維持し、ウエーハの剥離を防止することができるプラズマ処理装置及び半導体装置の製造方法を提供することにある。
【００１７】
本発明の他の目的は、プロセス終了時の残留吸着を低減し、スループットを向上することができるプラズマ処理装置及び半導体装置の製造方法を提供することにある。
【００１８】
本発明の更に他の目的は、プロセス中の吸着力の維持と、プロセス後の残留吸着力の低減との間のトレードオフを解決することができるプラズマ処理装置及び半導体装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
以下に、［発明を実施するための最良の形態］で使用される番号・符号を用いて、［課題を解決するための手段］を説明する。これらの番号・符号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明を実施するための最良の形態］との対応関係を明らかにするために括弧付きで付加されたものである。ただし、それらの番号・符号を、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【００２０】
本発明の第１の観点において、半導体装置の製造方法は、（Ａ）ウエーハ（３）を静電チャック（３０）の試料台（１）に載置する工程と、（Ｂ）試料台（１）に直流電圧を印加する工程と、（Ｃ）複数のステップにおいてウエーハ（３）にプラズマ（５）を照射する工程とを備える。その直流電圧の極性は、複数のステップのステップ間において反転する。また、その直流電圧は、複数のステップの後、０Ｖに設定される。
【００２１】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、更に、（Ｄ）静電チャック（３０）に温度調節ガスを供給する工程を備える。その温度調節ガスの供給は、複数のステップのステップ間において停止する。
【００２２】
本発明の第２の観点において、半導体装置の製造方法は、（ａ）ウエーハ（３）を静電チャック（３０）の試料台（１）に載置する工程と、（ｂ）試料台（１）に第１の極性の直流電圧を印加しながら、ウエーハ（３）にプラズマ（５）を照射する工程と、（ｃ）上記（ｂ）工程の後、プラズマ（５）の照射を停止する工程と、（ｄ）上記（ｃ）工程の後、試料台（１）に第１の極性の逆である第２の極性の直流電圧を印加しながら、ウエーハ（３）にプラズマ（５）を照射する工程とを備える。
【００２３】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、更に、（ｅ）上記（ｄ）工程の後、プラズマ（５）の照射を停止する工程と、（ｆ）上記（ｅ）工程の後、試料台（１）に第１の極性の直流電圧を印加しながら、ウエーハ（３）にプラズマ（５）を照射する工程とを備える。
【００２４】
上記（ｂ）工程及び上記（ｄ）工程において、第１圧力の温度調節ガスが静電チャック（３０）に供給され、上記（ｃ）工程において、第２圧力の温度調節ガスが静電チャック（３０）に供給されてもよい。この場合、第２圧力は、第１圧力より低く設定される。
【００２５】
また、上記（ｂ）工程において、温度調節ガスが静電チャック（３０）に供給され、上記（ｃ）工程において、その温度調節ガスの供給が停止し、上記（ｄ）工程において、温度調節ガスが再び静電チャック（３０）に供給されてもよい。
【００２６】
本発明の第３の観点において、プラズマ処理装置は、ウエーハ（３）を吸着する静電チャック（３０）と、ウエーハ（３）にプラズマ（５）を照射するためのプラズマ発生機構と、静電チャック（３０）に直流電圧を供給する電源と、その直流電圧を制御する制御装置（２０）とを備える。プラズマ発生機構は、プラズマ（５）を複数のステップにおいて発生させる。制御装置（２０）は、複数のステップのステップ間において直流電圧の極性を反転させる。また、制御装置（２０）は、複数のステップ後、直流電圧を０Ｖに設定する。
【００２７】
上記複数のステップは、第１ステップと、第１ステップの次に行われる第２ステップと、第２ステップの次に行われる第３ステップとを含む。この時、制御装置（２０）は、第１ステップにおいて、直流電圧の極性を第１の極性に設定し、第２ステップにおいて、直流電圧の極性を第１の極性の逆である第２の極性に設定し、第３ステップにおいて、直流電圧の極性を第１の極性に設定する。
【００２８】
本発明に係るプラズマ処理装置は、更に、静電チャック（３０）に温度調節ガスを供給する温度調節機構（５０）を備える。この温度調節機構（５０）は、複数のステップの各々において、温度調節ガスの圧力を第１圧力に設定し、複数のステップのステップ間において、温度調節ガスの圧力を第１圧力より低い第２圧力に設定すると好ましい。また、温度調節機構（５０）は、複数のステップの各々の終了時に、温度調節ガスの供給を停止し、複数のステップの各々の開始時に、温度調節ガスの供給を開始すると好適である。
【００２９】
上記静電チャック（３０）は、モノポール方式である。
【発明の効果】
【００３０】
従来技術において吸着力が低下するメカニズム、及び残留吸着が生じるメカニズムが、本願発明者によって明らかにされた。図４Ａ〜図４Ｆは、それらメカニズムを説明するための図である。
【００３１】
まず、図４Ａに示されるように、ウエーハ１０３が、誘電体１０２を介して試料台１０１上に載置される。そして、導体からなる試料台１０１に、例えば負電圧が印加される。この時点では、まだウエーハ１０３に対する吸着力は発生しない。
【００３２】
次に、図４Ｂに示されるように、高周波電力が供給されることによって、ウエーハ１０３に照射されるプラズマ１０５が発生する。そして、試料台１０１に印加された負電圧によって、ウエーハ１０３は正に帯電し始める。その結果、図４Ｃに示されるように、誘電体１０２に接するウエーハ１０３の面及び試料台１０１の面に、それぞれ正電荷及び負電荷が誘起される。このウエーハ１０３に誘起される電荷の量に比例した吸着力が、ウエーハ１０３と試料台１０１の間に発生する。
【００３３】
ウエーハレスクリーニングが繰り返された後の静電チャックにおいて、誘電体１０２の表面はプラズマ１０５の照射を既に繰り返し受けている。そのため、誘電体１０２のうち、ウエーハ１０３に接する表層部分の抵抗率は、バルクに比べて低くなっている。よって、プロセス開始直後こそウエーハ１０３に十分な電荷が蓄えられるものの、時間が経つに従って、抵抗率の低くなった表層部分から誘電体内部へリーク電流が流れる。つまり、図４Ｄに示されるように、電荷がウエーハ１０３から誘電体１０２へ移動し、誘電体１０２中に固定電荷ＦＣとして蓄積されていく。その結果、ウエーハ裏面に誘起されている電荷が徐々に減少し、試料台１０１とウエーハ１０３との間の吸着力が低下していく。
【００３４】
また、除電ステップの時刻Ｔ９において、図４Ｅに示されるように、ＤＣ電圧がＯＦＦする。この除電ステップにおいてプラズマ１０５はＯＮされており、また、誘電体１０２中に正の固定電荷ＦＣが存在するため、ウエーハ１０３が負に帯電する。つまり、図４Ｆに示されるように、ウエーハ１０３の裏面に負電荷が誘起される。これにより、誘電体１０２とウエーハ１０３の間に吸着力が残留してしまう。時刻Ｔ１０において、プラズマがＯＦＦされた後も、吸着力が残留する。
【００３５】
このように、従来技術によれば、ウエーハレスクリーニングに起因するリーク電流により、ウエーハ１０３に対する吸着力は、時間の経過と共に低下してしまう。また、誘電体１０２中に残存する固定電荷ＦＣにより、除電ステップにおいて吸着力が残留してしまう。
【００３６】
一方、本発明によれば、プラズマがＯＦＦされるタイミングで、ＤＣ電圧の極性が切り替えられる。図５Ａ〜図５Ｊは、本発明による作用・効果を説明するための図である。
【００３７】
まず、図５Ａに示されるように、ウエーハ３が、誘電体２を介して試料台１上に載置される。そして、ＤＣ電源４により、導体からなる試料台１には、例えば負電圧が印加される。この時点では、まだウエーハ３に対する吸着力は発生しない。
【００３８】
次に、図５Ｂに示されるように、高周波電力が供給されることによって、ウエーハ３に照射されるプラズマ５が発生する。また、試料台１に印加された負電圧によって、ウエーハ３は正に帯電し始める。その結果、図５Ｃに示されるように、誘電体２に接するウエーハ３の面及び試料台１の面に、それぞれ正電荷及び負電荷が誘起される。このウエーハ３に誘起される電荷の量に比例した吸着力が、ウエーハ３と試料台１の間に発生する。
【００３９】
次に、図５Ｄに示されるように、ウエーハレスクリーニングに起因するリーク電流より、ウエーハ３に誘起されている電荷が徐々に減少する。既述の通り、ウエーハレスクリーニングが繰り返された後の静電チャック３０において、誘電体２の表面はプラズマ５の照射を既に繰り返し受けている。そのため、誘電体２のうち、ウエーハ３に接する表層部分の抵抗率は、バルクに比べて低くなっている。よって、時間が経つに従って、抵抗率の低くなった表層部分から内部へリーク電流が流れる。つまり、図５Ｄに示されるように、電荷が、ウエーハ３から誘電体２へ移動し、誘電体２中に固定電荷ＦＣとして蓄積されていく。その結果、ウエーハ裏面に誘起されている電荷が徐々に減少し、試料台１とウエーハ３との間の吸着力が低下していく。
【００４０】
次に、図５Ｅに示されるように、ステップとステップの間において、プラズマ５がＯＦＦされ、ＤＣ電圧の極性が切り替えられる。
【００４１】
次のステップにおいて、図５Ｆに示されるように、高周波電力が供給されることによって、ウエーハ３に照射されるプラズマ５が発生する。また、試料台１には正電圧が印加されており、ウエーハ３は負に帯電し始める。その結果、図５Ｇに示されるように、誘電体２に接するウエーハ３の面及び試料台１の面に、それぞれ負電荷及び正電荷が誘起される。ここで、前ステップで発生した誘電体２中の正の固定電荷ＦＣにより、ウエーハ３の裏面の電荷量は増大している。従って、ウエーハ３と試料台１の間の吸着力が増大する。
【００４２】
次に、図５Ｈに示されるように、ウエーハレスクリーニングに起因するリーク電流より、ウエーハ３に誘起されている電荷が徐々に減少する。この場合、負の電荷が、ウエーハ３から誘電体２へ移動する。そのため、試料台１とウエーハ３との間の吸着力は低下するが、誘電体２の中の固定電荷ＦＣは中和される。つまり、ＤＣ電圧の極性が反転しているため、リーク電流の向きが前ステップの向きと逆になり、前ステップで生じた固定電荷ＦＣが、リーク電流による電荷で相殺される。このように、ステップごとにＤＣ電圧の極性が切り替えられた場合、誘電体２に蓄積される固定電荷ＦＣの量が小さくなる。
【００４３】
また、図５Ｉに示されるように、除電ステップの時刻Ｔ９において、ＤＣ電圧がＯＦＦする。また、プラズマ５はＯＮされている。これにより、試料台１及びウエーハ３の帯電が減少する。ここで、誘電体２中に残存する固定電荷ＦＣは極めて少ないため、図５Ｊに示されるように、ウエーハ３の裏面にはほとんど電荷が残らない。時刻Ｔ１０においてプラズマがＯＦＦされた後も、残留吸着はほとんど発生しない。
【００４４】
このように、本発明に係るプラズマ処理装置及び半導体装置の製造方法によれば、プロセス中のウエーハに対する吸着力を維持し、ウエーハの剥離を防止することが可能となる。
【００４５】
また、本発明に係るプラズマ処理装置及び半導体装置の製造方法によれば、プロセス終了時の残留吸着を低減し、スループットを向上することが可能となる。
【００４６】
すなわち、本発明に係るプラズマ処理装置及び半導体装置の製造方法によれば、プロセス中の吸着力の維持と、プロセス後の残留吸着力の低減との間のトレードオフが解決される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４７】
添付図面を参照して、本発明によるプラズマ処理装置、及び半導体装置の製造方法を説明する。本発明に係るプラズマ処理装置は、プラズマを用いてウエーハを処理するための装置であり、そのウエーハを保持するための保持機構を有している。その保持機構として、モノポール方式の静電チャック（ESC: Electrostatic Chuck）が用いられる。静電チャックを有するプラズマ処理装置として、ドライエッチング装置やプラズマＣＶＤ装置が例示される。以下の説明においては、例として、ドライエッチング装置の構成及び動作が示される。また、そのドライエッチング装置を用いることによるウエーハ処理、すなわち半導体装置の製造方法が示される。
【００４８】
（第１の実施の形態）
図６は、本発明の第１の実施の形態に係るプラズマ処理装置（ドライエッチング装置）の構成を示す概略図である。このプラズマ処理装置は、チャンバと、静電チャック３０と、プラズマ発生機構４０とを備えている。静電チャック３０は、モノポール方式の静電チャックであり、チャンバ内でウエーハ３を吸着し、保持するための機構である。具体的には、静電チャック３０は、導体からなる試料台１を有しており、その試料台１は、誘電体２によって覆われている。ウエーハ３（被吸着物）は、試料台１の誘電体面上に載置される。つまり、ウエーハ３は、誘電体２を介して試料台１の上に載置される。
【００４９】
また、試料台１は直流電源（ＤＣ電源）４に接続されており、そのＤＣ電源４は、試料台１に可変の直流電圧（ＤＣ電圧）を印加する。試料台１にＤＣ電圧が印加されると、ウエーハ３と試料台１の表面に正・負の電荷が発生し、両者の間に働く力によってウエーハ３が固定される。つまり、ＤＣ電源４が静電チャック３０にＤＣ電圧を供給すると、静電チャック３０は、静電吸着力（静電気力）によりウエーハ１０３を吸着する。また、本発明によれば、ＤＣ電源４は、制御装置２０に接続されている。制御装置２０は、ＤＣ電源４に制御信号を出力することによって、ＤＣ電圧の大きさや極性を制御する。
【００５０】
また、プラズマ発生機構４０は、高周波電源１０、アンテナ１１、及び図示されない反応ガス供給装置を有している。反応ガス供給装置は、反応ガスをチャンバ内に導入する。また、高周波電源１０は、アンテナ１１を通してチャンバ内に高周波電力を供給する。これにより、反応ガスが高周波電力によって励起され、プラズマ５が発生する。そのプラズマ５から生成されるイオンとウエーハ３を反応させることにより、エッチングが行われる。このように、プラズマ発生機構４０は、ウエーハ３に照射されるプラズマ５をチャンバ内に発生させる。また、静電チャック３０でウエーハ３を吸着する時や、ウエーハ３を静電チャック３０からはがす時、プラズマ発生機構４０によってプラズマ５を照射する必要がある。尚、試料台１に接続された高周波電源６は、ウエーハ３に入射するイオンのエネルギーを制御するために用いられる。
【００５１】
図７は、本実施の形態に係るプラズマ処理装置の制御方法を示している。より具体的には、一回のプロセスにおける、放電用の高周波電源１０から供給される高周波電力、ＤＣ電源４により試料台１に印加されるＤＣ電圧、及びウエーハ３に対する吸着力の時間変化が示されている。各グラフにおいて、横軸は時刻を示している。このプロセスは、ウエーハに対するエッチングとウエーハレスクリーニングが繰り返された後に行われているものとする。
【００５２】
図７に示されるように、１プロセスにおいて、高周波電力は断続的にＯＮ／ＯＦＦされる。すなわち、プラズマ５は断続的にＯＮ／ＯＦＦされる。このプラズマ５がＯＮされる一回の操作（期間）は、「ステップ」と呼ばれる。つまり、プラズマ発生機構４０は、プラズマ５を複数のステップにおいて発生させる。言い換えれば、１プロセスは複数のステップ（多段ステップ）を含んでおり、１プロセスにおいて複数回のエッチング（多段エッチング）が行われる。図７に示された例によれば、４ステップのエッチングが行われる。つまり、開始時刻（ｔ＝０）〜時刻Ｔ１（第１ステップ）、時刻Ｔ２〜Ｔ３（第２ステップ）、時刻Ｔ４〜Ｔ５（第３ステップ）、時刻Ｔ６〜Ｔ７（第４ステップ）のそれぞれの期間において、プラズマ５がＯＮされ、エッチングが行われる。あるステップと次のステップの間（ステップ間）において高周波電力の供給は停止し、プラズマ５はＯＦＦする。また、除電ステップ（時刻Ｔ８〜Ｔ１０）において、プラズマ５はＯＮされる。時刻Ｔ１０で高周波電力がＯＦＦされ、ウエーハ３が搬送される。
【００５３】
また、静電チャック用のＤＣ電圧に関して、本発明に係る制御装置２０は、次のような制御を行う。プロセス開始時（ｔ＝０）、制御装置２０はＤＣ電圧を、例えば＋１１００Ｖに設定する。第１ステップ（開始時刻〜時刻Ｔ１）において、ＤＣ電圧の値（極性）は保たれる。第１ステップと第２ステップの間のステップ間（時刻Ｔ１〜Ｔ２）において、制御装置２０は、ＤＣ電圧の極性を反転させる。例えば、ＤＣ電圧は−１１００Ｖに設定される。第２ステップ（時刻Ｔ２〜Ｔ３）において、ＤＣ電圧の極性は保たれる。第２ステップと第３ステップの間のステップ間（時刻Ｔ３〜Ｔ４）において、制御装置２０は、ＤＣ電圧の極性を反転させ、それを再び正極性に設定する。第３ステップ（時刻Ｔ４〜Ｔ５）において、ＤＣ電圧の極性は保たれる。第３ステップと第４ステップの間のステップ間（時刻Ｔ５〜Ｔ６）において、制御装置２０は、ＤＣ電圧の極性を反転させ、それを再び負極性に設定する。第４ステップ（時刻Ｔ６〜Ｔ７）において、ＤＣ電圧の極性は保たれる。第４ステップと除電ステップの間のステップ間（時刻Ｔ７〜Ｔ８）において、制御装置２０は、ＤＣ電圧の極性を反転させ、それを再び正極性に設定する。最終ステップ後の除電ステップ（時刻Ｔ８〜Ｔ１０）中の時刻Ｔ９において、制御装置２０は、ＤＣ電圧を０Ｖに設定する。
【００５４】
以上に示されたように、多段ステップの処理によれば、あるステップと次のステップの間に、プラズマ５がＯＦＦされ処理条件が変更される期間が存在する。本発明によれば、高周波電力の供給がＯＦＦされ、プラズマ５の照射が中断している間に、ＤＣ電圧の極性が入れ替えられる。つまり、本発明によれば、制御装置２０は、複数のステップのステップ間において、ＤＣ電圧の極性を反転させる。あるステップにおいては、試料台１に第１極性のＤＣ電圧が印加され、ウエーハ３にプラズマ５が照射される。その次のステップにおいては、試料台１に第２極性のＤＣ電圧が印加され、ウエーハ３にプラズマ５が照射される。更にその次のステップにおいては、試料台１に再び第１極性のＤＣ電圧が印加され、ウエーハ３にプラズマ５が照射される。ステップとステップの間において、プラズマの照射は停止し、ＤＣ電圧の極性は反転する。
【００５５】
このような制御が行われた場合の、吸着力の時間変化の測定結果が、図７の下段に示されている。プロセス開始時、プラズマとＤＣ電圧がＯＮされた時点では、吸着力はある程度大きい値を示す。第１ステップ（〜時刻Ｔ１）において、吸着力は徐々に低下し、ステップ間（時刻Ｔ１〜Ｔ２）においても、吸着力は徐々に低下する。しかしながら、第２ステップの開始時（時刻Ｔ２）において、吸着力が回復する。第２ステップ（時刻Ｔ２〜Ｔ３）において、吸着力は徐々に低下する。しかしながら、第３ステップの開始時（時刻Ｔ４）において、吸着力が回復する。同様に、第４ステップの開始時（時刻Ｔ６）において、吸着力が回復する。最終ステップ終了時（時刻Ｔ７）においても、プロセス開始時と同等の吸着力が得られている。このように、プロセス中にステップが繰り返されても、吸着力が維持されることが判明した。従って、エッチング中に安定した吸着力が得られ、ウエーハ３の剥離が防止される。
【００５６】
また、除電ステップに関しては、除電開始直後の時刻Ｔ９に、吸着力が０になっている。つまり、残留吸着が全く見られなかった。また、除電後の脱離不良も一切生じなかった。このように、プロセス終了時の残留吸着が排除されるので、スループットを向上させることが可能となる。
【００５７】
このような結果が得られる物理的なメカニズムは、上述の図５Ａ〜図５Ｊに示された通りである。
【００５８】
以上に説明されたように、本発明によれば、多段ステップで高周波電力が供給される場合、プラズマ５がＯＦＦされるタイミングで、ＤＣ電圧の極性が切り替えられる。これによりプロセス中の吸着力の維持と、プロセス後の残留吸着力の低減の両立が可能となる。すなわち、本発明に係るプラズマ処理装置及び半導体装置の製造方法によれば、プロセス中のウエーハ３に対する吸着力が維持され、ウエーハ３の剥離が防止される。また、プロセス終了時の残留吸着が低減され、スループットが向上する。
【００５９】
（第２の実施の形態）
図８は、本発明の第２の実施の形態に係るプラズマ処理装置の構成を示す概略図である。図８において、図５に示された構成と同様の構成には同一の符号が付され、その説明は適宜省略される。
【００６０】
本実施の形態に係るプラズマ処理装置は、ウエーハ３の温度を調節するための温度調節機構５０を備えている。この温度調節機構５０は、静電チャック３０’に、Ｈｅなどの不活性ガス（温度調節ガス）を供給する。具体的には、温度調節機構５０は、Ｈｅ流量を調整するためのマスフローコントローラ１３、Ｈｅの供給圧力をモニターするための圧力計１４を有している。Ｈｅの圧力は、マスフローコントローラ１３と圧力計１４によって調整される。この温度調節機構５０は、試料台１に設けられたＨｅ供給口１２に、Ｈｅを供給する。この機構によって、ウエーハ３と誘電体２の間にはＨｅが充填され、ウエーハ３と試料台１や誘電体２との熱伝導が高くなる。これにより、ウエーハ３の温度が調節される。
【００６１】
図９は、このプラズマ処理装置の制御方法の一例を示している。より具体的には、一回のプロセスにおける、放電用の高周波電源１０から供給される高周波電力、ＤＣ電源４により試料台１に印加されるＤＣ電圧、及びウエーハ３の裏面に供給されるＨｅ圧力の時間変化が示されている。各グラフにおいて、横軸は時刻を示している。本実施の形態において、高周波電力及びＤＣ電圧の制御は、第一の実施の形態における制御と同じである。
【００６２】
プロセス開始時、高周波電力がＯＮするタイミングで、Ｈｅ圧力は所定の圧力に上げられる。図９に示されるように、第１〜第４ステップを含む期間、Ｈｅ圧力は一定のまま維持される。第４ステップの終了時（時刻Ｔ７）と除電ステップの開始時（時刻Ｔ８）の間に、Ｈｅ圧力は減少し０になる。この実験によれば、ステップ切り替え後、高周波電力が印加される時刻Ｔ２，Ｔ４，Ｔ６に、誘電体２からのウエーハ３の脱離が多発した。原因を調べた結果、それらのタイミングで、１ｍｓｅｃレベルの短い時間、吸着力が０になっていることが判明した。
【００６３】
そこで、本実施の形態によれば、図１０に示される制御が行われる。図１０に示される制御は、Ｈｅ圧力の制御以外、図９に示された制御と同じである。図１０に示されるように、各ステップの終了時のタイミング（時刻Ｔ１，Ｔ３，Ｔ５）で、Ｈｅ圧力が減少するような制御が行われる。また、各ステップの開始時のタイミング（時刻Ｔ２，Ｔ４，Ｔ６）で、Ｈｅ圧力が増加するような制御が行われる。つまり、温度調節機構５０は、各ステップにおいて、Ｈｅ圧力を第１の圧力に設定し、また、ステップとステップの間（ステップ間）において、Ｈｅ圧力を第１の圧力より小さい第２の圧力に設定する。あるいは、温度調節機構５０は、各ステップの終了時にＨｅの供給を停止し、また、各ステップの開始時にＨｅの供給を開始する。このような制御により、ウエーハ３の脱離は生じなくなった。
【００６４】
以上に説明されたように、本実施の形態によれば、第１の実施の形態で示されたＤＣ電圧の制御に加えて、図１０に示されたＨｅ圧力の制御が実行される。これにより、第１の実施の形態による効果が得られ、且つ、プロセス中のウエーハ脱離を引き起こすことなく、ウエーハ３の温度を調整することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】図１は、従来のモノポール方式の静電チャックを有するドライエッチング装置の構成を示す概略図である。
【図２】図２は、従来技術に係るドライエッチング装置の制御方法を示すタイミングチャートである。
【図３】図３は、従来技術に係るドライエッチング装置の制御方法の他の例を示すタイミングチャートである。
【図４Ａ】図４Ａは、吸着力低下及び残留吸着発生のメカニズムを説明するための図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、吸着力低下及び残留吸着発生のメカニズムを説明するための図である。
【図４Ｃ】図４Ｃは、吸着力低下及び残留吸着発生のメカニズムを説明するための図である。
【図４Ｄ】図４Ｄは、吸着力低下及び残留吸着発生のメカニズムを説明するための図である。
【図４Ｅ】図４Ｅは、吸着力低下及び残留吸着発生のメカニズムを説明するための図である。
【図４Ｆ】図４Ｆは、吸着力低下及び残留吸着発生のメカニズムを説明するための図である。
【図５Ａ】図５Ａは、本発明による作用・効果を説明するための図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、本発明による作用・効果を説明するための図である。
【図５Ｃ】図５Ｃは、本発明による作用・効果を説明するための図である。
【図５Ｄ】図５Ｄは、本発明による作用・効果を説明するための図である。
【図５Ｅ】図５Ｅは、本発明による作用・効果を説明するための図である。
【図５Ｆ】図５Ｆは、本発明による作用・効果を説明するための図である。
【図５Ｇ】図５Ｇは、本発明による作用・効果を説明するための図である。
【図５Ｈ】図５Ｈは、本発明による作用・効果を説明するための図である。
【図５Ｉ】図５Ｉは、本発明による作用・効果を説明するための図である。
【図５Ｊ】図５Ｊは、本発明による作用・効果を説明するための図である。
【図６】図６は、本発明の第１の実施の形態に係るプラズマ処理装置の構成を示す概略図である。
【図７】図７は、本発明の第１の実施の形態に係るプラズマ処理装置の制御方法を示すタイミングチャートである。
【図８】図８は、本発明の第２の実施の形態に係るプラズマ処理装置の構成を示す概略図である。
【図９】図９は、プラズマ処理装置の制御方法の一例を示すタイミングチャートである。
【図１０】図１０は、本発明の第２の実施の形態に係るプラズマ処理装置の制御方法を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００６６】
１    試料台
２    誘電体
３    ウエーハ
４    ＤＣ電源
５    プラズマ
６    高周波電源
１０    高周波電源
１１    アンテナ
１２    Ｈｅ供給口
１３    Ｈｅマスフローコントローラ
１４    圧力計
２０    制御装置
３０    静電チャック
４０    プラズマ発生機構
５０    温度調節機構
【図１】
2006269556.tif 000003
【図２】
2006269556.tif 000004
【図３】
2006269556.tif 000005
【図４Ａ】
2006269556.tif 000006
【図４Ｂ】
2006269556.tif 000007
【図４Ｃ】
2006269556.tif 000008
【図４Ｄ】
2006269556.tif 000009
【図４Ｅ】
2006269556.tif 000010
【図４Ｆ】
2006269556.tif 000011
【図５Ａ】
2006269556.tif 000012
【図５Ｂ】
2006269556.tif 000013
【図５Ｃ】
2006269556.tif 000014
【図５Ｄ】
2006269556.tif 000015
【図５Ｅ】
2006269556.tif 000016
【図５Ｆ】
2006269556.tif 000017
【図５Ｇ】
2006269556.tif 000018
【図５Ｈ】
2006269556.tif 000019
【図５Ｉ】
2006269556.tif 000020
【図５Ｊ】
2006269556.tif 000021
【図６】
2006269556.tif 000022
【図７】
2006269556.tif 000023
【図８】
2006269556.tif 000024
【図９】
2006269556.tif 000025
【図１０】
2006269556.tif 000026